Anstellwinkel messen

[Gerhard Wesp]

Hallo,

wie misst man am besten den Anstellwinkel? Moeglichst ohne komplizierte
und teure Messgeraete, Flugzeug: kleine Ein- oder Zweimot.

Verschiedene Moeglichkeiten fallen mir ein:

1. Faden + Skala aussen am Fenster---geht wohl nur bei Zweimot, da sonst
vom Propellerstrahl gestoert?

2. Faden + Skala am Fluegel montiert---gibts sowas fertig, oder muessen
wir uns selbst was konstruieren?

3. Im Flieger den Pitchwinkel messen, dazu ueber horizontale und
vertikale Geschwindigkeit Bahnneigungswinkel und daraus alpha berechnen.

3a. Pitch vom kuenstlichen Horizont ablesen---wahrscheinlich eher
ungenau?
3b. Pitch mittels gut gedaempftem Lot mit Skala bestimmen.
3c. Andere Moeglichkeit der Lagebestimmung im Raum?

Mich wuerde interessieren, was ihr von den einzelnen Moeglichkeiten
haltet und wie ihr deren jeweilige Genauigkeit und Aufwand einschaetzt!

Wie machen's die Akafliegs?

-Gerhard

[Lars Bamberger]

* Gerhard Wesp:

Moin!

Post by Gerhard Wesp
wie misst man am besten den Anstellwinkel?
[ ... ]
Mich wuerde interessieren, was ihr von den einzelnen Moeglichkeiten
haltet und wie ihr deren jeweilige Genauigkeit und Aufwand einschaetzt!

Nur so als Anmerkung: Pitch und Anstellwinkel haben nichts miteinander zu
tun. Mit dem Einen wird das andere beeinflusst und umgekehrt, aber man
kann ohne Berücksichtigung des Flugzustandes nicht ohne Weiteres von
einem zum anderen schliessen.

IMHO ist die Methode mit einem Wollfaden am einfachsten, am genausten und
mit dem wenigsten Aufwand verbunden. Die du schon geschrieben hast, muss
man halt eine Stelle mit möglichst unbeeinflusster Strömung
finden und den Faden dort befestigen und eine Art Skala installieren.

Bye,
Lars

[G. A. Loeffler]

hallo,
ich hab mir mal so ein Gerät zusammengebastelt siehe
http://www.loeff.de/liftindicator.html
dann zu "Homemade Lift Indicator"
-loef

Post by Lars Bamberger
Moin!

Post by Gerhard Wesp
wie misst man am besten den Anstellwinkel?
[ ... ]
Mich wuerde interessieren, was ihr von den einzelnen Moeglichkeiten
haltet und wie ihr deren jeweilige Genauigkeit und Aufwand einschaetzt!

Nur so als Anmerkung: Pitch und Anstellwinkel haben nichts miteinander zu
tun. Mit dem Einen wird das andere beeinflusst und umgekehrt, aber man
kann ohne Berücksichtigung des Flugzustandes nicht ohne Weiteres von
einem zum anderen schliessen.
IMHO ist die Methode mit einem Wollfaden am einfachsten, am genausten und
mit dem wenigsten Aufwand verbunden. Die du schon geschrieben hast, muss
man halt eine Stelle mit möglichst unbeeinflusster Strömung
finden und den Faden dort befestigen und eine Art Skala installieren.
Bye,
Lars
--
There's no place like cloud base.

[Gerhard Wesp]

ich hab mir mal so ein Ger?t zusammengebastelt siehe
http://www.loeff.de/liftindicator.html
dann zu "Homemade Lift Indicator"

Interessant... Aber was genau misst das Geraet jetzt (Anstellwinkel?
Auftrieb?), und nach welchem Prinzip? Wo muss es installiert werden?
Kannst du mir evtl. da naehere Infos zukommen lassen? (spamsichere
email-Adresse: siehe unten!)

-Gerhard

[G. A. Loeffler]

Hallo Gerhardt,
es ist ein sog. "Lift Reserve Indicator". Er misst den Anstellwinkel relativ
zur anstömenden Luft.
Du kannst direkt ablesen wieviel "Lift" noch vorhanden ist bis zum Stall.
Das schöne dabei ist, dass die Werte absolut sind, ich muss also nicht extra
die Airspeed, Lastvielfache oder Gewicht berücksichtigen. Etwas Theorie
gibt's hier
http://www.liftreserve.com/Aero1.html
Zur Technik: In "Neutralstellung" bilden die beiden Bohrungen einen 45 Grad
Winkel zur anströmenden Luft, der Staudruck in beiden Bohrungen ist gleich,
die Differenzial- Druckanzeige zeigt "0". Der Sensor muss jetzt bei der
Flugerprobung einfach nur so ausgerichtet werden, dass die "0" Anzeige mit
dem Stall übereinstimmt. (Ich habe gehört, dass die Navy-Piloten ihre
Flugzeugträger-Anflüge hauptsächlich nach dem Liftindicator fliegen)
-loef

Post by Gerhard Wesp

ich hab mir mal so ein Ger?t zusammengebastelt siehe
http://www.loeff.de/liftindicator.html
dann zu "Homemade Lift Indicator"

Interessant... Aber was genau misst das Geraet jetzt (Anstellwinkel?
Auftrieb?), und nach welchem Prinzip? Wo muss es installiert werden?
Kannst du mir evtl. da naehere Infos zukommen lassen? (spamsichere
email-Adresse: siehe unten!)
-Gerhard
--
Gerhard Wesp o o Tel.: [phone]
Bachtobelstrasse 56 | http://www.cosy.sbg.ac.at/~gwesp/
CH-8045 Zuerich \_/ See homepage for email address!

[Gerhard Wesp]

Post by G. A. Loeffler
Flugerprobung einfach nur so ausgerichtet werden, dass die "0" Anzeige mit
dem Stall ?bereinstimmt. (Ich habe geh?rt, dass die Navy-Piloten ihre

Fuer meine Anwendung (Bestimmung von Auftriebs- und
Widerstandsbeiwerten) vielleicht eher, sodass 0 mit einer normalen
Fluglage uebereinstimmt.

Also sehe ich das richtig, das Geraet misst alpha * q? Dann koennte man
also ueber die CAS auf q schliessen und daraus alpha berechnen. Kannst
du in etwa abschaetzen, wie genau man alpha damit berechnen kann?

-Gerhard

[Gerhard Wesp]

Post by Lars Bamberger
Nur so als Anmerkung: Pitch und Anstellwinkel haben nichts miteinander zu
tun. Mit dem Einen wird das andere beeinflusst und umgekehrt, aber man

Aber meinen Punkt 3 hast du gelesen, oder?

Post by Lars Bamberger
IMHO ist die Methode mit einem Wollfaden am einfachsten, am genausten und
mit dem wenigsten Aufwand verbunden. Die du schon geschrieben hast, muss

OK, thanks!

LG
-Gerhard

[Lars Bamberger]

N'abend!

Post by Gerhard Wesp

Post by Lars Bamberger
Nur so als Anmerkung: Pitch und Anstellwinkel haben nichts miteinander zu
tun. Mit dem Einen wird das andere beeinflusst und umgekehrt, aber man

Aber meinen Punkt 3 hast du gelesen, oder?

Ja. Ich meinte auch nur, dass das Errechnen des Anstellwinkels aus dem
Pitch nicht ganz trivial ist und vermutlich mit einfachen Hilfmsitteln
nicht durchführbar ist.

Have Fun!

Lars, der gerade nicht so viel 'Fun' hatte beim Lesen des Berichtes über
Überlingen

[Gerhard Wesp]

Post by Lars Bamberger
Ja. Ich meinte auch nur, dass das Errechnen des Anstellwinkels aus dem
Pitch nicht ganz trivial ist und vermutlich mit einfachen Hilfmsitteln
nicht durchführbar ist.

Huch?! Hab ich da etwa etwas uebersehen?

Habe mir gerade nochmal das Dreieck aufgezeichnet, und ich komme auf

alpha = theta - gamma,

wobei theta = Pitch, gamma = arcsin( VS / TAS ), der Bahnneigungswinkel,
der sich aus vertical speed VS und true airspeed TAS ergibt.

-Gerhard

[Lars Bamberger]

[ Anstellwinkel aus Pitch errechnen ]

Post by Lars Bamberger
Ich meinte auch nur, dass das Errechnen des Anstellwinkels aus dem
Pitch nicht ganz trivial ist und vermutlich mit einfachen Hilfmsitteln
nicht durchführbar ist.

Habe mir gerade nochmal das Dreieck aufgezeichnet, und ich komme auf
alpha = theta - gamma,
wobei theta = Pitch, gamma = arcsin( VS / TAS ), der Bahnneigungswinkel,
der sich aus vertical speed VS und true airspeed TAS ergibt.

Welches Dreieck? Ich kann das so nicht nachvollziehen. In welche Richtung
misst du die TAS? In Richtung der Profilbezugslinie oder in Richtung der
Flugzeuglängsachse? In welche Richtung zeigt VS? Rechtwinklig zum
Horizont oder rechtwinklig zur Flugzeuglängsachse oder rechtwinklig zur
Profilbezugslinie?

Ich komme bei einem stationären Flugzustand auf Folgendes:

1. Anstellwinkel Alpha = Winkel zwischen Anblasrichtung
und Profilbezugslinie

2. Bahnneigungswinkel Gamma = Winkel zwischen der Horizontalen und der
Bewegungsrichtung des Flugzeuges

3. Pitch Theta = Winkel zwischen der Horizontalen und der
Flugzeuglängsachse

4. Vertikalgeschwindigkeit VS = Geschwindigkeit rechtwinklig zur
Horizontalen

5. Fluggeschwindigkeit TAS = Geschwindigkeit in Richtung der
Flugzeuglängsachse

6. Die Bewegungsrichtung des Flugzeuges und die Anblasrichtung sind
gegengleich (stationärer Flugzustand)

7. Der Winkel zwischen der Flugzeuglängsachse und der Profilbezugslinie
ist der Einstellwinkel

Dann komme ich auf: Alpha = Theta - Gamma + Einstellwinkel

Der Einstellwinkel ist konstant und bekannt (grundsätzlich jedenfalls).
Theta ist mit dem künstlichen Horizont messbar. Gamma ist jedoch nicht
mit arcsin( VS / TAS ) berechenbar, da TAS die Fluggeschwindigkeit in
Flugzeuglängsrichtung (oder welche Richtung auch immer der Fahrtmesser
misst) und nicht die horizontale Komponente dessen ist. Diese horizontale
Komponente kann man aber mit v_h_ = cos (Theta) * TAS berechnen. Gamma ist
dann: gamma = arctan ( VS / v_h_ )

Ergo:

( VS )
Alpha = Theta + Einstellwinkel - arctan ( ----------------- )
( cos (Theta) * TAS )

Das kann man jetzt noch für Kleinwinkelnäherungen vereinfachen.
TAS und VS werden nur mit Verzögerung auf den
Flugzeuginstrumenten angezeigt und sind (vor allem bei der TAS)
mit gewissen Fehlern behaftet. Die Frage ist hier v.a. was genau der
Fahrtmesser anzeigt, also in welche Richtung der vom Fahrtmesser gemessene
Geschwindigkeitsvektor zeigt.
Wenn ich jetzt eine Fehlerbetrachtung mache und die Ungenauigkeit des
Horizontes, des Fartmessers und des VSI berücksichtige, dann komme ich
auf wesentlich größere Fehler als typische Anstellwinkel.

Der Faden hingegen spricht fast verzugslos
an und ist bestimmt mit weniger Fehlern behaftet.

Lars

[Gerhard Wesp]

Post by Lars Bamberger
Welches Dreieck? Ich kann das so nicht nachvollziehen. In welche Richtung

Ein rechtwinkliges mit Hypotenuse entlang der Flugbahn und Katheten
horizontal und vertikal.

Post by Lars Bamberger
7. Der Winkel zwischen der Flugzeuglängsachse und der Profilbezugslinie
ist der Einstellwinkel

Den hab ich (stillschweigend) als Null angenommen.

Post by Lars Bamberger
mit arcsin( VS / TAS ) berechenbar, da TAS die Fluggeschwindigkeit in
Flugzeuglängsrichtung (oder welche Richtung auch immer der Fahrtmesser

Also der Geschwindigkeitsvektor projeziert auf die Laengsachse? OK,
jetzt bin ich verwirrt. Ich dachte, die TAS sei definiert als die
Geschwindigkeit des Flugzeugs entlang der Bahnachse. (Wie nennt man
diese dann?) Ich dachte, die Tabelle IAS -> CAS ( -> TAS ueber
Hoehenkorrektur) kuemmert sich um diese Abweichung. Muss wohl mal
wieder meine Unterlagen checken, oder kannst du mich aufklaeren?

Post by Lars Bamberger
TAS und VS werden nur mit Verzögerung auf den
Flugzeuginstrumenten angezeigt und sind (vor allem bei der TAS)

Klar, aber es geht mir nur um stationaere Flugzustaende.

Post by Lars Bamberger
Wenn ich jetzt eine Fehlerbetrachtung mache und die Ungenauigkeit des
Horizontes, des Fartmessers und des VSI berücksichtige, dann komme ich
auf wesentlich größere Fehler als typische Anstellwinkel.

Hab' ich mal auf die Schnelle gemacht (auf deine Formel) und komme zu
dem Eindruck, dass der Fehlerterm dominiert wird von der Unsicherheit in
Theta. Mit anderen Worten, eine genauere Messmethode fuer den
Theta koennte die Genauigkeit noch drastisch verbessern.

-Gerhard

[Lars Bamberger]

Post by Gerhard Wesp

[ Was genau misst der Fahrtmesser ]

Also der Geschwindigkeitsvektor projeziert auf die Laengsachse? OK,
jetzt bin ich verwirrt. Ich dachte, die TAS sei definiert als die
Geschwindigkeit des Flugzeugs entlang der Bahnachse.

Hm, das wird wohl auch so sein, aber: Der Fahrtmesser muß ja in
irgendeiner Richtung messen. Beim Slip z.B. zeigt der Fahrtmesser ja auch
nicht mehr richtig an. Der Flugzeughersteller muß ja den Fahrtmesser
(genauer: das Staurohr) irgendwie einbauen. Dabei geht er vermutlich davon
aus, dass die Fortbewegungsrichtung in Flugzeuglängsachse zeigt. Oder
(und das halte ich für wahrscheinlicher) die Fahrtmessanlage ist auf
einen bestimmten Flugzustand (Reiseflugkonfiguration mit einem best.
Gewicht in einer best. Höhe) ausgelegt.

Post by Gerhard Wesp
Ich dachte, die Tabelle IAS -> CAS ( -> TAS ueber Hoehenkorrektur)
kuemmert sich um diese Abweichung. Muss wohl mal wieder meine
Unterlagen checken, oder kannst du mich aufklaeren?

Hm, ich denke, deine Unterlagen sind OK. Ich habe nämlich TAS, IAS,
CAS usw. durcheinandergeworfen und nicht sauber argumentiert. Ich nehme
an, dass die Korrektur, die du oben angesprochen hast eben nur für einen
bestimmten Flugzustand gilt. Diese Auseinanderfieselei mag nun rein
akademisch sein, allerdings willst du ja einen relativ kleinen Winkel
(Anstellwinkel) messen. Das sind halt die Tücken der Meßtechnik ...

Inwieweit sich diese ganze Sache auf das Meßergebnis auswirkt kann ich
nicht sagen. So aus dem Bauch heraus, würde ich diesen Fehler bei
normalen Fluglagen einfach ignorieren. Ich denke, dass sich diese
Abweichung erst bei großen Anstellwinkeln (im Langsamflug) auswikt.

Den Extremfall bin ich beispielsweise mal mit einer Schleppmaschine (180
PS PA-18 Super Cub) (mit-)geflogen: 'Mit Vollgas an den Prop hängen', der
Fahrtmesser geht dabei auf fast Null zurück. Man nennt das auch 'behind
the power curve' im Englischen.

Post by Gerhard Wesp
[ Fehlerabschätzung ]
Hab' ich mal auf die Schnelle gemacht (auf deine Formel) und komme zu
dem Eindruck, dass der Fehlerterm dominiert wird von der Unsicherheit in
Theta. Mit anderen Worten, eine genauere Messmethode fuer den Theta
koennte die Genauigkeit noch drastisch verbessern.

Ja, sehe ich auch so. Allerdings wurde ich den typischen Dosenvariometern
in Motorflugzeugen auch nicht so trauen. :-)

Lars,
(Hoffentich wird es nicht zu verwirrend)

[Karl-Heinz Schulze]

Post by Lars Bamberger
Den Extremfall bin ich beispielsweise mal mit einer Schleppmaschine (180
PS PA-18 Super Cub) (mit-)geflogen: 'Mit Vollgas an den Prop hängen', der
Fahrtmesser geht dabei auf fast Null zurück. Man nennt das auch 'behind
the power curve' im Englischen.

Was nennt man "behind the powercurve": Das am Prop hängen oder die
Nullanzeige es Fahrtmessers?

[G. A. Loeffler]

Post by Karl-Heinz Schulze
Was nennt man "behind the powercurve": Das am Prop hängen oder die
Nullanzeige es Fahrtmessers?

Steigrate wird geringer bei steigendem Anstellwinkel
-loef

[Gerhard Wesp]

Post by Lars Bamberger
irgendeiner Richtung messen. Beim Slip z.B. zeigt der Fahrtmesser ja auch
nicht mehr richtig an. Der Flugzeughersteller muß ja den Fahrtmesser

Ja, klar. Deshalb brauchen wir bei unseren Messfluegen auch einen
Piloten, der sauber geradeaus fliegen kann :-)

Post by Lars Bamberger
(und das halte ich für wahrscheinlicher) die Fahrtmessanlage ist auf
einen bestimmten Flugzustand (Reiseflugkonfiguration mit einem best.
Gewicht in einer best. Höhe) ausgelegt.

Sehe ich auch so. Das ist dann eben der Punkt, wo die
Kalibrierungskurve die 45Grad-Linie schneidet.

Hmm... Frage mich gerade, ob es eigentlich eine Bijektion zwischen TAS
und alpha gibt (fuer stationaeren Geradeausflug wiederum), oder ob da
der Schub auch mitspielt... Sonst muessten eigentlich die
Kalibrierungstabellen bzw. -graphen auch den Schub mitberuecksichtigen.

Post by Lars Bamberger
an, dass die Korrektur, die du oben angesprochen hast eben nur für einen
bestimmten Flugzustand gilt. Diese Auseinanderfieselei mag nun rein

Ja, eben fuer unbeschleunigten Geradeausflug mit Schiebewinkel 0.

Post by Lars Bamberger
Ja, sehe ich auch so. Allerdings wurde ich den typischen Dosenvariometern
in Motorflugzeugen auch nicht so trauen. :-)

Klar...

Also, ich werd mir heute mal eine Konstruktion ueberlegen, wie man einen
Faden und Skala montieren kann.

-Gerhard